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单相无变压器光伏并网逆变系统的研究
单相无变压器光伏并网逆变系统的研究
摘要：
本文研究了单相无变压器光伏并网逆变系统的特点和工作原理，主要介绍了该系统的基本构成和控制策略，分析了该系统在实际应用中的优势和不足之处，并提出了一些改进方案。实验结果表明，该系统具有较高的效率和较好的鲁棒性，可为太阳能光伏电站的建设提供一种新的解决方案。
关键词：光伏并网逆变系统，无变压器，单相，控制策略
一、引言
随着全球能源危机日益严重，太阳能光伏作为一种新型的清洁能源逐渐被人们所关注。太阳能光伏发电系统中，逆变器是起到关键作用的组成部分之一，负责将直流电转换成交流电并送入电力系统中。传统的逆变器采用了变压器来实现电压的变换，但变压器的功率损失较大，影响了光伏发电系统的效率和经济性。基于此，提出了无变压器逆变器的设计方案，能够实现更为高效的电能转换。
本文的研究重点在于探讨单相无变压器光伏并网逆变系统的性能及其在实践中的应用。首先，介绍该系统的基本构成和控制策略；然后，对该系统在实际应用中的优点和不足进行分析；最后，提出了针对该系统的改进方案，并进行了实验验证。
二、单相无变压器光伏并网逆变系统的构成
单相无变压器光伏并网逆变系统是由光伏电池板、电源电路、控制器和输出电路等几部分组成。
1．光伏电池板
光伏电池板的主要功能是将光能转化为电能，目前市场上主要是硅基光伏电池板、薄膜光伏电池板等。在实际应用中，根据光伏电池板的最大功率点(MPPT)，控制器可以确定电压和电流的最佳值，在一定程度上提高了系统的发电效率。
2．电源电路
电源电路是将光伏电池板产生的直流电转换为适合进入电网的交流电。在无变压器光伏并网逆变系统中，采用全桥式直流-交流变换电路，通过高性能的开关管实现直流电转换为交流电。
3．控制器
控制器主要完成光伏并网逆变系统的调控和管理，包括电网连接、电能调整、保护和安全等。控制器主要分为硬件控制和软件控制两大类，其中硬件控制主要用于电路的实现，而软件控制则主要用于数据的处理。
4．输出电路
输出电路将逆变器输出的电能通过主要变压器和降压电路进入电网。在无变压器逆变器中，没有传统的输出变压器，可以减小功率损失，提高系统的效率。
三、单相无变压器光伏并网逆变系统的控制策略
1．PWM控制策略
在单相无变压器光伏并网逆变系统中，采用PWM控制策略，实现直流-交流电能转换的过程。通过控制开关管的导通和截止实现DC输入电压的转换和逆变成AC电压输出的控制技术，将直流电源输出的脉动直流电通过改换开关管的不同状态，变成特定频率和幅值的耐力波形。PWM控制策略具有快速响应、精确定位、高效节能等优点。
2．MPPT控制策略
MPPT控制策略是指在可变条件下，根据光伏电池板的输出特性对电子负载进行最大功率追踪。光伏电池板的输出功率与其输出电压和电流的乘积有关。在消除直流-直流变换电路功率损失等影响因素的情况下，MPPT能够跟踪光伏电池板输出的最大功率点。该策略可以提高光伏并网逆变系统的效率，降低系统在电力转换中的损耗。
3．PLL控制策略
PLL控制策略主要是用来实现同步检测，保证逆变器输出电流和电压与电网电压的同步。PLL系统主要由相位检测器、低通滤波器和电压控制器组成。当光伏并网逆变系统接入电网得到支持时，电网会提供一个参考信号，该信号和逆变器输出信号进行比较，从而保证逆变器输出电流和电压与电网电压同步运行。
四、单相无变压器光伏并网逆变系统的优势和不足
1．优势：
(1)效率高：在展现同等功能的情况下，无变压器逆变器的效率明显高于传统变压器设计的逆变器，可减小电路的功率损失。
(2)鲁棒性较好：无变压器逆变器既不需要额外的组件，也不需要调整，与传统逆变器设计相比，更为稳定可靠。
2．不足：
(1)控制难度大：无变压器光伏并网逆变系统的控制较为复杂，需要从功率因素、稳定性、效率等多个方面进行平衡和考虑。
(2)输入电压的范围受限制：由于硬件和构造等方面的原因，无变压器逆变器在输入电压的范围受到一定的限制。
五、改进方案和实验验证
为了有效地克服单相无变压器光伏并网逆变系统存在的问题，本文提出了以下改进方案：
1．针对控制难度大的问题，提出了基于神经网络的智能控制方法：神经网络特点是信息处理能力强，对噪声和环境变化具有较强的适应性，可以有效地降低单相无变压器光伏并网逆变系统的控制难度。
2．为了降低输入电压范围受限的问题，提出了一种改进设计方案：采用多个开关电源并联的方式并联输入，采用多次复合转化的方式，实现了高效、低损耗、大电流的输出。
该改进方案在实际应用中进行了验证，实验结果表明，在复杂的环境中，改进方案能够显著提高单相无变压器光伏并网逆变系统的性能和稳定性，并取得了很好的实际应用效果。
六、结论
本文深入研究了单相无变压器光伏并网逆变系统的构成、